[發明專利]基于最優化迭代方法的注入電流式熱聲電阻率圖像重建方法

有效

• 申請號: 201710089515.7
• 申請日: 2017-02-20
• 公開（公告）號: CN107049315B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 李艷紅;劉國強;夏正武;楊延菊;夏慧;李士強
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: A61B5/053
• 分類號: A61B5/053
• 代理公司: 11251 北京科迪生專利代理有限責任公司
• 代理人: 關玲

一種基于最優化迭代方法的注入電流式熱聲電阻率圖像重建方法，通過電極向成像目標體注入電流，在成像目標體中產生焦耳熱，引起熱膨脹，產生注入電流式熱聲信號：利用超聲換能器獲取目標體各斷層熱聲信號，根據注入電流式熱聲聲壓波動方程，獲取目標體每個斷層上的熱聲源分布，利用插值法獲取目標體整體的熱聲源分布；然后對導電物體的電阻率進行空間離散，設定電阻率的初值，根據歐姆定律，利用線性有限元方程重建目標體的矢量電位；再根據熱聲源和電流密度關系，結合電流連續性定理，獲取電阻率所滿足的關于熱聲源與矢量電位的方程，定義目標函數；最后將求解的矢量電位代入目標函數，利用目標函數最小化原則，求解導電物體的電阻率。

技術領域

本發明涉及一種電阻率圖像重建方法，特別涉及一種注入電流式電阻率圖像重建方法。

背景技術

由于激勵頻率的限制，傳統電阻抗成像技術的靈敏度和空間分辨率不高。單一場都有其物理局限性，多物理場成像由一種物理場提供分辨率，另一種物理場提供對比度，實現對比度和分辨率的同時提高。電磁場和超聲相結合的多物理場成像技術正是考慮到電磁場對人體組織電阻率的高對比度和超聲波探測的高分辨率特性，成為人們研究的熱點，磁熱聲成像正是一種新興的多物理場成像技術。

磁熱聲成像是由新加坡南洋理工大學的Feng在2013年首次提出的新型的電阻抗成像方法，其原理為：通過對導電成像體施加MHz量級的交變磁場，在目標體內部產生感應電場，進而產生焦耳熱，激發熱彈性的超聲信號，檢測超聲信號進行成像。與微波熱聲成像相比，允許更低的功率進行高效的成像，并且具有便攜式成像的潛力，同時，激勵源的頻率降低，使得磁場穿透組織更深，也避免的輻射。

作為一種新型的多物理場成像方法，2013年Feng利用金屬銅仿體，檢測到磁熱聲信號，并得到銅仿體的熱聲圖像，并未進行電阻率圖像重建，且生物組織不同于金屬銅仿體，磁場和感應電流作用產生的洛倫茲力較弱。專利“一種磁熱聲成像的電阻率重建方法”(201410771496.2)公布了一種基于磁熱聲效應的電阻率重建方法，其在熱函數基礎上提出了電阻率重建方法，依然為采用線圈激勵方式。同時，外加激勵線圈產生時變磁場在目標體中產生二次磁場和感應電流，磁場和感應電流作用同時產生洛倫茲力和焦耳熱，即磁聲效應和磁熱聲效應共存，如何區分磁聲效應和磁熱聲效應是仍需解決的問題。

基于此，采用注入電流式熱聲成像方法，可以避開磁聲效應和磁熱聲效應共存問題，注入電流式熱聲成像與磁熱聲成像在激勵方式、從熱函數到電阻率的重建方法上均不相同。

發明內容

本發明的目的是克服現有磁熱聲成像存在的問題，提出一種基于最優化迭代方法的注入電流式熱聲電阻率圖像重建方法。本發明避免了熱聲成像過程中磁聲效應的干擾，同時采用注入電流式激勵，可增強熱聲效應，也實現了目標體電阻率的圖像重建。

注入電流式熱聲成像原理為：通過注入電極向成像目標體注入電流，在成像目標體中產生焦耳熱，引起熱膨脹，產生超聲信號，采用超聲換能器進行檢測，根據檢測的超聲信號，重建熱聲源分布和電阻率。

本發明基于最優化迭代方法的注入電流式熱聲電阻率圖像重建方法具體步驟如下：

第一步為獲取注入電流式熱聲信號：利用超聲換能器獲取目標體各斷層熱聲信號，每個斷層掃描一周進行熱聲信號的檢測，即檢測超聲信號；第二步根據注入電流式熱聲聲壓波動方程，獲取目標體每個斷層上的熱聲源分布，利用插值法獲取目標體整體的熱聲源分布；第三步對導電物體的電阻率進行空間離散，設定電阻率的初值，根據歐姆定律，利用線性有限元方程重建的到目標體的矢量電位；第四步根據熱聲源和電流密度關系，結合電流連續性定理，獲取電阻率所滿足的關于熱聲源與矢量電位的方程，定義目標函數；第五步將求解的矢量電位代入目標函數，利用目標函數最小化原則，求解導電物體的電阻率。具體分述如下：

第一步：獲取導電物體熱聲信號